計算機網(wǎng)絡(luò)課件第6章：網(wǎng)絡(luò)層

計算機網(wǎng)絡(luò)課件第6章：網(wǎng)絡(luò)層第一頁，共111頁。本章學(xué)習(xí)要求理解：網(wǎng)絡(luò)層與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念。掌握：IPv4協(xié)議的基本內(nèi)容。掌握：IP地址、路由算法與路由協(xié)議的基本概念。掌握：地址解析ARP的基本概念與方法。掌握：路由器與第三層交換的基本概念。掌握：IPv6協(xié)議的基本內(nèi)容。掌握：移動IP的基本概念。掌握：ICMP與IGMP協(xié)議的基本概念。掌握：MPLS協(xié)議與虛擬專網(wǎng)VPN的基本概念。2《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二頁，共111頁。本章知識點結(jié)構(gòu)3第三頁，共111頁。6.1網(wǎng)絡(luò)層與IP協(xié)議6.1.1網(wǎng)絡(luò)層基本概念網(wǎng)絡(luò)層通過路由選擇算法，為IP分組從源主機到目的主機選擇一條合適的傳輸路徑，為傳輸層端—端數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)。4《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四頁，共111頁。6.1.2IP協(xié)議的發(fā)展與演變5《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五頁，共111頁。6.2IPv4協(xié)議的基本內(nèi)容6.2.1IP協(xié)議的主要特點IP協(xié)議是一種無連接、不可靠的分組傳送服務(wù)的協(xié)議IP協(xié)議是針對源主機—路由器、路由器—路由器、路由器—目的主機之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c—點的網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議。

—

IP協(xié)議提供的是一種“盡力而為（best-effort）”

的服務(wù)。6《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六頁，共111頁。IP協(xié)議屏蔽了互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層、物理層協(xié)議與實現(xiàn)技術(shù)上的差異7《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七頁，共111頁。6.2.2IPv4分組格式8《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八頁，共111頁。版本字段版本字段長度為4位。版本字段值為4，表示IPv4；版本字段值為6，表示IPv6。協(xié)議字段協(xié)議字段長度為8位。表示使用IP協(xié)議的高層協(xié)議類型。表6-1協(xié)議字段值所表示的高層協(xié)議類型（3）長度9《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九頁，共111頁。長度分組頭長度字段分組頭長度字段的長度為4位，它定義了以4字節(jié)為一個單位的分組頭的長度。分組頭中除了IP選項字段與填充字段之外，其他各項是定長的。分組頭長度字段最小值為5，最大長度為。總長度字段總長度字段長度為16位，定義以字節(jié)為單位的分組總長度，是分組頭長度與數(shù)據(jù)長度之和?？傞L度字段長度為16位，它能表示的IP分組最大長度為65535（216－1）字節(jié)，其中包括分組頭長度。IP分組中高層協(xié)議的數(shù)據(jù)長度等于分組的總長度減去分組頭長度。10《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十頁，共111頁。服務(wù)類型字段服務(wù)類型（servicetype）字段的長度為8位，用于指示路由器如何處理該分組。服務(wù)類型由4位的服務(wù)類型（TOS）字段與3位的優(yōu)先級（字段構(gòu)成，1位的保留位。服務(wù)類型參數(shù)（TOS）位有4位，每位分別表示：D（延遲）、T（吞吐量）、R（可靠性）與C（成本）。每位取0或1兩個可能的取值。每個服務(wù)類型參數(shù)4位組合中，最多只能有一位的值為1，其他3個位的值則為0。11《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十一頁，共111頁。生存時間（TTL）字段生存時間TTL用來設(shè)定分組在Internet中的“壽命”，它通常是用轉(zhuǎn)發(fā)分組最多的路由器跳數(shù)（hop）來度量。生存時間TTL的初始值由源主機設(shè)置，經(jīng)過一個路由器轉(zhuǎn)發(fā)之后，TTL值減1。當TTL的值為0時，丟棄分組并發(fā)送ICMP報文通知源主機。12《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十二頁，共111頁。頭校驗和字段頭校驗和字段長度為8位。設(shè)置頭校驗和是為了保證分組頭部數(shù)據(jù)完整性。IP分組只對分組頭進行校驗，不包括分組數(shù)據(jù)。IP分組頭之外的部分屬于高層數(shù)據(jù)，高層數(shù)據(jù)都會有相應(yīng)的校驗字段，IP分組不對高層數(shù)據(jù)進行校驗。每經(jīng)過一個路由器，IP分組頭都要改變一次，數(shù)據(jù)部分并不改變。設(shè)置頭校驗和只對變化部分進行校驗是合理的，可以減少路由器對每個接收分組的處理時間，提高路由器的運行效率。13《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十三頁，共111頁。地址字段分組頭中最簡單的部分是地址字段。地址字段包括源地址與目的地址。源地址與目的地址字段長度都是32位，分別表示發(fā)送分組的源主機與接收分組的目的主機的IP地址。在分組的整個傳輸過程中，無論采用什么樣的傳輸路徑或如何分片，源地址與目的地址始終保持不變。14《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十四頁，共111頁。IP分組的分片與組裝在IP分組頭中，與分組的分片與組裝相關(guān)的字段有：標識、標志與片偏移。IP分組的最大長度為65535個字節(jié)。15《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十五頁，共111頁。分片方法的例子16《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十六頁，共111頁。分片與字段標識、標志與片偏移17《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十七頁，共111頁。IP分組頭選項設(shè)置IP分組頭選項的主要目的設(shè)置IP分組頭選項主要用于控制與測試。所有實現(xiàn)IP協(xié)議的硬件或軟件都應(yīng)該能夠處理分組頭選項。選項的最大長度為40字節(jié)，如果用戶使用的選項長度不是4字節(jié)的整數(shù)倍，需要添加填充位，補成4字節(jié)的整數(shù)倍。分組頭選項由選項碼、長度與選項數(shù)據(jù)等3部分組成。選項碼用于確定該選項的具體功能，例如源路由、記錄路由、時間戳等。長度表示出選項數(shù)據(jù)的大小。18《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十八頁，共111頁。源路由源路由是指由發(fā)送分組的源主機制定的傳輸路徑，用來區(qū)別由路由器通過路由選擇算法確定的路徑。源路由分為嚴格源路由（SRR）與松散源路由（LRR）。嚴格源路由規(guī)定分組要經(jīng)過的路徑上每個路由器，相鄰路由器之間不能插入其他路由器，并且經(jīng)過的路由器順序不能改變。松散源路由規(guī)定分組一定要經(jīng)過的路由器，但不是一條完整的傳輸路徑，中途可以經(jīng)過其他路由器。記錄路由記錄路由是將分組經(jīng)過的每個路由器IP地址記錄下來。記錄路由選項常用于網(wǎng)絡(luò)測試。19《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第十九頁，共111頁。時間戳（TS）時間戳可以記錄分組經(jīng)過每個路由器的本地時間。時間戳采用格林威治時間，單位是毫秒。網(wǎng)絡(luò)管理員可以利用它追蹤路由器的運行狀態(tài)，分析網(wǎng)絡(luò)吞吐率、擁塞與負荷情況等。20《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十頁，共111頁。校驗和計算方法21《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十一頁，共111頁。6.3IPv4地址6.3.1IP地址的基本概念22《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十二頁，共111頁。6.3.2標準分類

IP地址網(wǎng)絡(luò)接口與

IP地址的關(guān)系23《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十三頁，共111頁。IP地址分配：連接到Internet的每一個主機（計算機或路由器）至少有一個IP地址。IP地址是分配給網(wǎng)絡(luò)接口的。多歸屬主機可以有多個IP地址。一個網(wǎng)絡(luò)接口也可以分配多個IP地址。網(wǎng)橋、Ethernet交換機、集線器Hub屬于數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，使用MAC地址，不屬于網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，不分配IP地址。24《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十四頁，共111頁。標準分類的IP地址25《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十五頁，共111頁。標準分類的IP地址覆蓋范圍

A類地址：1.0.0.0～127.255.255.255B類地址：128.0.0.0～191.255.255.255C類地址：192.0.0.0～223.255.255.255D類IP地址：224.0.0.0～239.255.255.255E類IP地址：240.0.0.0～247.255.255.25526《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十六頁，共111頁。特殊IP地址直接廣播地址：A類、B類與C類IP地址中主機號是全1的IP地址，如191.1.255.255受限廣播地址：網(wǎng)絡(luò)號與主機號為全1的IP地址（255.255.255.255）“這個網(wǎng)絡(luò)上的特定主機”地址：網(wǎng)絡(luò)號是全0（如0.0.0.25）回送地址：127.0.0.0是回送地址27《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十七頁，共111頁。專用IP地址保留的專用地址28《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十八頁，共111頁。6.3.3劃分子網(wǎng)的三級地址結(jié)構(gòu)子網(wǎng)掩碼的概念29《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第二十九頁，共111頁。一個B類地址劃分為64個子網(wǎng)的例子30《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十頁，共111頁。可變長度子網(wǎng)掩碼（VLSM）技術(shù)31《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十一頁，共111頁。6.3.4無類別域間路由CIDR一個劃分CIDR地址塊的例子32《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十二頁，共111頁。劃分CIDR地址塊后的校園網(wǎng)結(jié)構(gòu)33《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十三頁，共111頁。CIDR及對應(yīng)的掩碼34《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十四頁，共111頁。6.3.5網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NATISP使用NAT技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖35《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十五頁，共111頁。NAT工作過程示意圖36《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十六頁，共111頁。6.4路由選擇算法與分組交付6.4.1分組交付和路由選擇的基本概念分組交付的基本概念37《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十七頁，共111頁。評價路由選擇的依據(jù):算法必須是正確、穩(wěn)定和公平的算法應(yīng)該盡量簡單算法必須能夠能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲和通信量的變化算法應(yīng)該是最佳的38《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十八頁，共111頁。路由選擇算法的主要參數(shù)跳數(shù)（hopcount）：一個分組從源主機到達目的主機的

路徑上，轉(zhuǎn)發(fā)分組的路由器數(shù)量。帶寬（bandwidth）：鏈路的傳輸速率。延時（delay）：一個分組從源主機到達目的主機花費的

時間。負載（load）：通過路由器或線路的單位時間通信量。可靠性（reliability）：傳輸過程中的分組丟失率。開銷（overhead）：傳輸過程中的耗費，通常與所使用的

鏈路長度、數(shù)據(jù)速率、鏈路容量、安

全、傳播延時與費用等因素相關(guān)。39《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第三十九頁，共111頁。路由選擇算法的分類靜態(tài)路由表靜態(tài)路由表是由人工方式建立。簡單和開銷較小，但不能及時適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化。動態(tài)路由表大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通常采用動態(tài)路由表。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行時，系統(tǒng)將自動運行動態(tài)路由選擇協(xié)議，建立路由表。當互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化時，動態(tài)路由選擇協(xié)議就會自動更新所有路由器中的路由表。不同的網(wǎng)絡(luò)需要選擇不同的動態(tài)路由選擇協(xié)議。40《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十頁，共111頁。路由表的生成與使用41《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十一頁，共111頁。IP路由匯聚最長前綴匹配原則路由匯聚是減少路由表項數(shù)量的重要手段。路由表項由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和“下一跳地址”組成。路由選擇是選擇具有最長網(wǎng)絡(luò)前綴的路由的過程，這就是“最長前綴匹配”的路由選擇原則。42《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十二頁，共111頁。CIDR的路由匯聚過程示意圖43《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十三頁，共111頁。路由器RG的路由表44《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十四頁，共111頁。匯聚后的路由器RG的路由表45《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十五頁，共111頁。6.4.2路由表的建立、更新與路由選擇協(xié)議解決Internet路由選擇協(xié)議的基本思路在結(jié)構(gòu)如此復(fù)雜的Internet環(huán)境中，試圖建立一個能適用于整個Internet環(huán)境的全局性的路由選擇算法是不切實際的。在路由選擇問題上也必須采用分層的思路，以“化整為零”、“分而治之”的辦法來解決這個很復(fù)雜的問題。路由選擇算法與路由選擇協(xié)議是有區(qū)別的。設(shè)計路由選擇算法的目標是生成路由表，為路由器轉(zhuǎn)發(fā)IP分組找出適當?shù)南乱惶酚善鳌ＴO(shè)計路由選擇協(xié)議的目標是實現(xiàn)路由表中路由信息的動態(tài)更新。46《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十六頁，共111頁。自治系統(tǒng)的基本概念自治系統(tǒng)的核心是路由選擇的“自治”。一個自治系統(tǒng)內(nèi)部路由器之間能夠使用動態(tài)的路由選擇協(xié)議，及時地交換路由信息，精確地反映自治系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲的當前狀態(tài)。自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由選擇稱為域內(nèi)路由選擇；自治系統(tǒng)之間的路由選擇稱為域間路由選擇。對應(yīng)于自治系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，路由選擇協(xié)議也分為兩大類：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）。47《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十七頁，共111頁。自治系統(tǒng)與IGP、EGP之間的關(guān)系48《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十八頁，共111頁。6.4.3路由信息

協(xié)議RIP49《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第四十九頁，共111頁。6.4.4最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPFOSPF主干區(qū)域與區(qū)域的概念50《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十頁，共111頁。OSPF協(xié)議執(zhí)行過程51《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十一頁，共111頁。OSPF域最短路徑選擇過程一個自治系統(tǒng)劃分為多個區(qū)域的結(jié)構(gòu)52《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十二頁，共111頁。計算最短路徑的拓撲圖53《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十三頁，共111頁。根據(jù)最小開銷計算方法得出的最短路徑54《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十四頁，共111頁。以R8為根的最短路徑樹55《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十五頁，共111頁。6.4.5外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的基本設(shè)計思想外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議是不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。1998年，公布了BGP-4（文檔RFC2283）。在配置BGP時，每個自治系統(tǒng)的管理員要選擇至少一個路由器（通常是BGP邊界路由器）作為該自治系統(tǒng)的“BGP發(fā)言人”。一個BGP發(fā)言人與其他自治系統(tǒng)中的BGP發(fā)言人要交換路由信息，如增加的路由、撤銷過時的路由、差錯信息等。56《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十六頁，共111頁。BGP發(fā)言人與自治系統(tǒng)的關(guān)系57《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十七頁，共111頁。自治系統(tǒng)連接的樹形結(jié)構(gòu)58《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十八頁，共111頁。6.4.6路由器與第三層交換技術(shù)路由器結(jié)構(gòu)59《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第五十九頁，共111頁。路由器技術(shù)演變與發(fā)展第一代單總線單CPU結(jié)構(gòu)的路由器60《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十頁，共111頁。第二代多總線多CPU結(jié)構(gòu)路由器61《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十一頁，共111頁。第三代交換結(jié)構(gòu)

的Gbps路由器62《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十二頁，共111頁。63《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十三頁，共111頁。第四代多級交換路由器第三代交換結(jié)構(gòu)Gbps路由器的性能得到大幅度提高，但是也會存在一些問題。專用ASIC芯片使得系統(tǒng)的成本增高，同時硬件對新的應(yīng)用需求與協(xié)議變化的適應(yīng)能力差。針對這種情況，研究人員提出網(wǎng)絡(luò)處理器（NP）的概念，通過采用多微處理器的并行處理模式，使NP具有與ASIC芯片相當?shù)墓δ?，同時具有很好的可編程能力，使得用NP設(shè)計的路由器性能得到大幅度提高，又能適應(yīng)未來發(fā)展的需要。第四代路由器應(yīng)該是采用并行處理、光交換技術(shù)的多級交換路由器。64《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十四頁，共111頁。第三層交換的基本概念90年代中期，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商提出“第三層交換”的概念。將第三層成熟的路由技術(shù)與第二層高性能的硬件交換技術(shù)相結(jié)合，可以達到快速轉(zhuǎn)發(fā)，保證服務(wù)質(zhì)量（QoS），提高路由器性能的目的。第三層交換機通過內(nèi)部路由選擇協(xié)議（例如RIP或OSPF）創(chuàng)建和維護路由表。出于安全方面的考慮，第三層交換機通常提供防火墻分組過濾等服務(wù)功能。由于第三層交換機設(shè)計的重點放在如何提高接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)分組速度，減小傳輸延遲上，其功能是由硬件實現(xiàn)的，使用專用集成電路ASIC，而不是路由處理軟件。交換機執(zhí)行的協(xié)議是硬件固化的，因此它只能用于特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。65《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十五頁，共111頁。6.5Internet控制報文協(xié)議—ICMP6.5.1ICMP的作用與特點ICMP本身是網(wǎng)絡(luò)層的一個協(xié)議，但是它的報文要封裝成IP分組，然后再傳送給數(shù)據(jù)鏈路層。從協(xié)議體系上看，ICMP只是要解決IP協(xié)議可能出現(xiàn)的不可靠問題，不能獨立于IP協(xié)議，是IP協(xié)議的一個組成部分。ICMP設(shè)計的初衷是用于IP協(xié)議在執(zhí)行過程中由路由器來向源主機報告?zhèn)鬏敵鲥e的原因。66《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十六頁，共111頁。67《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十七頁，共111頁。6.5.2ICMP報文類型ICMP報文類型：差錯報告報文和查詢報文ICMP差錯報文：

—

目的主機不可達

—

源主機抑制

—

超時

—

參數(shù)問題

—

重定向68《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十八頁，共111頁。重定向報文與改變路由的過程69《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第六十九頁，共111頁。ICMP查詢報文：回應(yīng)請求和應(yīng)答時間戳請求和應(yīng)答地址掩碼請求和應(yīng)答報文路由器詢問和通告70《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十頁，共111頁。6.5.3Ping與Traceroute命令一臺主機Ping另一臺主機的過程Ping命令執(zhí)行過程示意圖71《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十一頁，共111頁。

Tracert命令的應(yīng)用Tracert工作原理Tracert命令執(zhí)行過程72《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十二頁，共111頁。6.6IP多播與IGMP協(xié)議6.6.1IP多播的基本概念I(lǐng)P單播與多播

的過程比較73《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十三頁，共111頁。6.6.2IP多播地址6.6.2IP多播地址IP多播：在Internet范圍內(nèi)進行多播，在局域網(wǎng)內(nèi)進行多播標準分類的D類地址是為IP多播地址，地址的范圍在224.0.0.0～239.255.255.255。Ethernet硬件多播地址74《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十四頁，共111頁。6.6.3IGMP協(xié)議的基本內(nèi)容定義了一個組地址。每個組代表一個或多個發(fā)送者與一個或多個接收者的一個會話。接收者可以用多播地址通知路由器，它希望加入（或退出）哪個多播組。發(fā)送者使用多播地址發(fā)送分組，無需了解接收者的位置信息與狀態(tài)信息。路由器建立一棵從發(fā)送者分支出去的多播傳遞樹，這棵樹延伸到所有的、其中至少有一個IP多播成員的網(wǎng)絡(luò)中。利用這棵傳遞樹，路由器把多播分組轉(zhuǎn)發(fā)到有多播組成員的網(wǎng)絡(luò)中。75《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十五頁，共111頁。IGMP的操作加入一個組繼續(xù)組成員關(guān)系監(jiān)視組成員的關(guān)系離開一個組76《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十六頁，共111頁。6.6.4多播路由器與IP多播中的隧道技術(shù)77《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十七頁，共111頁。6.7MPLS協(xié)議6.7.1資源預(yù)留協(xié)議RSVP與區(qū)分服務(wù)DiffServRSVP的基本概念資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）的核心是對一個應(yīng)用會話的數(shù)據(jù)流提供服務(wù)質(zhì)量保證。資源預(yù)留協(xié)議的設(shè)計思想是：源主機和目的主機在會話之前建立一個連接，路徑上的所有路由器都要預(yù)留出此次會話所需要的帶寬與緩沖區(qū)資源。由于RSVP是基于單個數(shù)據(jù)流的端—端資源預(yù)留、調(diào)度處理和緩沖區(qū)管理、狀態(tài)維護機制太復(fù)雜，開銷太大，不適用于大型網(wǎng)絡(luò)。單純的RSVP結(jié)構(gòu)實際上無法讓業(yè)界接受，也無法在互聯(lián)網(wǎng)上得到廣泛的應(yīng)用。78《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十八頁，共111頁。DiffServ與RSVP的區(qū)別主要表現(xiàn)在：RSVP是基于某一個會話流，而DiffServ是基于某一類應(yīng)用的。以IP電話為例，RSVP只為一對通話的用戶提取建立一個連接，預(yù)約帶寬與緩沖區(qū)，以保證這一對用戶的通話質(zhì)量，而DiffServ是針對IP電話這一類應(yīng)用。RSVP要求所有的路由器都要修改軟件，以支持基于流的傳輸服務(wù)服務(wù)。而DiffServ只需要一組路由器（如ISP網(wǎng)絡(luò)中的路由器）支持，就可以實現(xiàn)DiffServ服務(wù)。當IETF完成了RSVP與DiffServ協(xié)議的研究，有些路由器廠商又提出了更好的改善IP分組傳輸質(zhì)量的方案，那就是多協(xié)議標識交換MPLS技術(shù)。79《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第七十九頁，共111頁。6.7.2多協(xié)議標識交換MPLS的基本概念MPLS的基本概念從設(shè)計思想上來看，MPLS將數(shù)據(jù)鏈路層的第二層交換技術(shù)引入網(wǎng)絡(luò)層，實現(xiàn)快速IP分組交換。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，核心網(wǎng)絡(luò)是MPLS域，構(gòu)成它的路由器是標記交換路由器（LSR），在MPLS域邊緣連接其他子網(wǎng)的路由器是邊界標記交換路由器E-LSR。MPLS在E-LSR之間建立標記交換路徑（LSP），這種標記交換路徑LSP與ATM虛電路VC非常相似。MPLS減少IP網(wǎng)絡(luò)中每個路由器逐個分組處理的工作量，可以進一步提高路由器性能和傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。80《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十頁，共111頁。MPLS可以提供的四個主要的服務(wù)功能：提供面向連接與保證QoS的服務(wù)合理利用網(wǎng)絡(luò)資源支持虛擬專網(wǎng)VPN服務(wù)支持多協(xié)議81《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十一頁，共111頁。MPLS的基本工作原理82《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十二頁，共111頁。6.7.3MPLSVPN的應(yīng)用VPN結(jié)構(gòu)示意圖83《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十三頁，共111頁。MPLSVPN原理示意圖84《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十四頁，共111頁。6.8地址解析協(xié)議ARP6.8.1IP地址與物理地址的映射在描述一個網(wǎng)絡(luò)的工作過程時，實際上是做了一個假設(shè)：已經(jīng)知道通信的目的主機的IP地址，并且知道對應(yīng)這個IP地址的目的主機物理地址。這個假設(shè)成立的條件是：在任何一臺主機或路由器中必須有一張“IP地址—MAC地址映射表”。通過“靜態(tài)映射”的方法，從一個已知的IP地址獲取與之對應(yīng)的MAC地址。但是，這是非常理想的一種解決方案，在一個小型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中實現(xiàn)起來比較容易，這在大型網(wǎng)絡(luò)中幾乎是不可能實現(xiàn)的。在Internet中必須設(shè)計一種“動態(tài)映射”的方法，以解決IP地址與MAC地址映射的問題。85《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十五頁，共111頁。6.8.2地址解析工作過程地址解析協(xié)議與IP地址/MAC地址關(guān)系86《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十六頁，共111頁。ARP執(zhí)行過程87《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十七頁，共111頁。ARP協(xié)議

的四種情況88《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十八頁，共111頁。6.9移動IP協(xié)議6.9.1移動IP協(xié)議的基本概念早期的Internet主機都是通過固定方式接入Internet。隨著移動通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們希望通過筆記本計算機、智能手機、PDN或其他數(shù)字移動終端設(shè)備，在任何地點、任何時間都能方便地訪問Internet。移動IP技術(shù)就是在這個背景下產(chǎn)生和發(fā)展的，它是Internet技術(shù)與通信技術(shù)高度發(fā)展、密切結(jié)合的產(chǎn)物，是一個交叉學(xué)科研究課題，也是目前和今后研究的一個熱點問題。89《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第八十九頁，共111頁。6.9.2移動IP的設(shè)計目標與主要特征移動IP要與現(xiàn)有的Internet協(xié)議兼容。移動IP協(xié)議與底層所采用的物理傳輸介質(zhì)類型無關(guān)。移動IP協(xié)議對傳輸層及以上的高層協(xié)議是透明的。移動IP協(xié)議應(yīng)該具有良好的可擴展性、可靠性和安全性。90《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十頁，共111頁。6.9.3移動IP的結(jié)構(gòu)與基本術(shù)語91《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十一頁，共111頁。使用隧道傳輸移動主機的IP分組92《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十二頁，共111頁。6.9.4移動IPv4基本工作原理移動IP代理的發(fā)現(xiàn)機制93《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十三頁，共111頁。通過外地代理轉(zhuǎn)發(fā)注冊請求移動主機直接到家鄉(xiāng)代理注冊94《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十四頁，共111頁。分組路由單播分組路由移動主機接收單播分組的過程95《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十五頁，共111頁。移動主機發(fā)送單播分組的過程96《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十六頁，共111頁。多播分組路由97《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十七頁，共111頁。移動主機發(fā)送多播分組98《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十八頁，共111頁。6.9.5移動IPv4中移動主機和通信主機的基本操作99《計算機網(wǎng)絡(luò)》第6章網(wǎng)絡(luò)層第九十九頁，共111頁。6.10IPv6協(xié)議6.10.1IPv6協(xié)議的基本概念1993年，IETF成立研究下一代IP協(xié)議的IPng工作組；1994年，IPng工作組提出下一代IP協(xié)議的推薦版本；1995年，IPng工作組完成